PID 算法 —— 精准控温的基础
PID 是在自动化过程控制中应用最为广泛的一种方法。PID 即按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制,告诉 CPU 如何输出控制量,以使测量值与给定值一致,达到自动控制的效果。LAUDA 的恒温控制系统,就是基于优秀的 PID 算法,实现高精度的温度控制。
PID 温度控制参数:
参数 | 参数名称 | 调节部分 |
Xp | 比例范围 | P |
Tn | 复位时间 | I |
Tv | 前置时间 | D |
理想的 PID 温度控制参数
在有着完美 PID 控制参数的理想状态下,实际温度会在较短的时间内,与设定温度一致。既不会产生温度过冲(超出设定温度),也不会长时间达不到设定温度。
当实际温度与设定温度一致后,实际温度会保持长时间的稳定,不会在设定温度附近剧烈波动。
理想状态下的最佳参数设置:
探索最佳的 PID 温度控制参数
所有 LAUDA 设备出厂即设有调整好的 PID 参数,以 LAUDA Variocool 为例,当作为冷却水循环设备运行时,出厂前已预设了 PID 控制参数,可以直接使用。
但是,对于不同的应用,如果更换不同的导热液,就有可能会出现控温不稳(导热液的热容量和粘度会影响控制性能),这时就需要根据具体情况,对 PID 控制参数进行现场调整。
首先,可以通过运行 LAUDA 自带的参数自适应功能,对 PID 参数进行选择。从控制面板上选择 Menu - Setup - Control - Self adaptation ,通过运行 Self adaptation 程序,可以得到自动优化后的 PID 参数。
不过,在我们的实际工作中,难免会遇到较复杂的情况,自适应功能选择的 PID 参数无法满足控温要求,这时就需要对 PID 参数进行人工调整,达到较好的控温状态。
实际参数设置中遇到的问题:
现象:温度过冲
原因:Xp 过大
现象:长时间达不到设定温度
原因:Xp 过小
比例范围 Xp 代表对偏差比例 P 的控制。例如控制偏差为 2 K,Xp 设置为 10 K,则 P为控制偏差的 20%。
如果选择的 Xp 过大,P 值较小,实际值会提前到达比例范围,实际温度容易过冲,超出设定温度。
如果选择的 Xp 过小,P 值保持 100% 的时间过长,控制值会迅速减小,实际温度接近设定温度的过程会过于缓慢。
现象:长时间达不到设定温度
诊断:Tn 和 Tv 过大
现象:温度不稳定
诊断:Tn 和 Tv 过小
复位时间 Tn 代表对积分部分 I 的控制,指定了对现有控制偏差进行积分的时间间隔。Tn 过大,控制偏差积分过慢,达到设定温度的速度也会过于缓慢; Tn 过小,则导致积分运行太快,实际温度会在设定温度附近剧烈振荡。
前置时间 Tv 代表对微分部分 D 的控制,它会影响实际温度接近设定温度的速度,并会抵消 P 和 I 对温度控制的影响。前置时间 Tv 越大,输出信号的衰减越强。根据经验:Tv=Tn×0.75,根据 Tn 值设定即可。
精准控温,咨询 LAUDA
以上为大家简单介绍了用于精准控温的 PID 参数设置。在实际的应用控制中,三种参数互相影响,还需要通过实验摸索以及成熟的经验,来最终确定合适的参数。如果您有任何疑问,欢迎咨询 LAUDA!
我们是 LAUDA
精确温度控制领域的世界市场领导者。我们的温度控制仪器和设备是许多重要应用的核心,为更美好的未来作出贡献。我们是电动汽车、氢能、化工、制药、生物技术、半导体和医疗技术领域的可靠合作伙伴,在研究、生产和质量控制中保证最佳温度。65 年来,我们每天都以崭新的面貌支持世界各地的客户,提供专业的建议和创新的解决方案。
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